豆科作物轮作与有机肥+功能微生物肥减投配施对设施菜田硝态氮累积、固氮基因和净收益的影响

为降低河北省设施蔬菜种植区土壤硝态氮盈余累积量,降低地下水硝酸盐污染风险,2018-2022 年连续 5 年,在华北典型褐土区设施菜田中,采用田间小区试验和实验室分析试验相结合的方法,以分析豆科作物轮作与有机肥+功能微生物肥减投配施对设施菜田产量和土壤硝态氮累积的影响,试验设置对照(CK)、常规施肥(T1)、减量施肥+功能微生物(T2)、减量施肥+功能微生物+豆科作物(T3)共 4 个处理.结果表明:相比T1 处理,T2 和T3 处理可使番茄产量增加 5.3%和 25.8%;T2 处理下油菜产量增加 3.0%;农户年净收益提高4.4%和34.4%.5 年间T2、T3 处理的氮肥表观利用率较T1 处理,番茄季增幅为13.5%～17.0%、11.3%～18.1%;T2 处理油菜季增幅 9.3%～36.6%.实时荧光定量(qPCR)结果显示,T2 和T3 处理土壤根际土固氮功能基因nifH拷贝数相比T1 处理显著提高了 16.1%和 58.9%;nifH基因拷贝数与作物产量呈显著正相关关系,二者之间的回归方程为y=0.0002x+30355(R=0.7412).T2 和T3 处理 0～100 cm土体硝态氮周年平均累积量,相比T1 处理降低了 51.6%和 58.3%;5 个轮作周期后,与T1 处理相比,T2 和T3 处理有效降低了0～100 cm土体中55.3%和71.0%的硝态氮累积.综上,在减量施肥的背景下,选择引入豆科作物进行合理优化轮作,与有机肥+功能微生物肥配施,可从源头上减少设施蔬菜的氮肥投入,降低设施菜田土壤硝态氮淋失风险,提高作物产量和肥料利用率.